Žingsninis variklis: įtaisas, veikimo principas, taikymo sritis

DC žingsniniai varikliai yra plačiai naudojami kompiuterinėse skaitmeninėse valdymo mašinose ir robotikoje. Pagrindinis skirtumas tarp šio elektros variklio yra jo veikimo principas. Žingsninio variklio velenas ilgai nesisuka, o sukasi tik tam tikru kampu. Tai užtikrina tikslų darbo elemento išdėstymą erdvėje. Tokio variklio maitinimas yra diskretiškas, tai yra, jis atliekamas impulsais. Šie impulsai pasuka veleną tam tikru kampu, kiekvienas toks posūkis vadinamas žingsniu, taigi ir pavadinimas. Dažnai šie varikliai veikia kartu su pavarų dėže, kad pagerintų veleno nustatymo tikslumą ir sukimo momentą, o su kodavimo įrenginiu - sekti veleno padėtį tam tikru momentu. Šie elementai reikalingi sukimosi kampui perkelti ir pakeisti. Šiame straipsnyje mes pasakysime svetainės skaitytojams Pats elektrikas apie prietaisą, veikimo principą ir žingsninių variklių paskirtį.

Kaip veikia žingsninis variklis

Pagal savo tipą tai sinchroninis variklis be šepetėlių. Susideda iš rotorius ir statorius. Rotoriuje paprastai yra sekcijos, pagamintos iš elektrinio plieno lakštų (nuotraukoje tai yra „dantyta“ dalis), ir jie, savo ruožtu, yra atskirti nuolatiniais magnetais. Apvijos yra ant statoriaus, atskirų ritinių pavidalu.

Veikimo principas

Kaip veikia žingsninis variklis, galima pamatyti su sąlyginiu modeliu. 1 padėtyje A ir B apvijoms taikoma tam tikro poliškumo įtampa. Dėl to statoriuje susidaro elektromagnetinis laukas. Kadangi traukiami skirtingi magnetiniai poliai, rotorius užims savo padėtį išilgai magnetinio lauko ašies. Be to, variklio magnetinis laukas neleis bandyti keisti rotoriaus padėties iš išorės. Paprasčiau tariant, statoriaus magnetinis laukas veiks, kad rotorius nekeistų tam tikros padėties (pavyzdžiui, esant mechaniniam veleno įtempiui).

Jei D ir C apvijoms taikoma to paties poliškumo įtampa, elektromagnetinis laukas pasislenka. Dėl to nuolatinio magneto rotorius pasuks į 2 padėtį. Šiuo atveju sukimosi kampas yra 90 °. Šis kampas bus rotoriaus pasukimo žingsnis.

3 padėtis pasiekiama taikant atvirkštinio poliškumo įtampą A ir B apvijoms. Tokiu atveju elektromagnetinis laukas bus priešingas 1 padėčiai, variklių rotorius bus pasislinkęs, o bendras kampas bus 180 °.

Kai apvijoms D ir C taikoma atvirkštinio poliškumo įtampa, rotorius sukasi iki 270 ° kampu, palyginti su pradine padėtimi. Kai prie apvijų A ir B prijungiama teigiama įtampa, rotorius užims pradinę padėtį - jis užbaigs 360 ° apsisukimą. Reikėtų nepamiršti, kad rotoriaus judėjimas vyksta trumpiausiu keliu, tai yra, nuo 1 padėties iki 4 padėtis pagal laikrodžio rodyklę rotorius suksis tik praėjęs 2 ir 3 tarpinius elementus nuostatas. Prijungus apvijas po 1 padėties iš karto į 4 padėtį, rotorius suksis prieš laikrodžio rodyklę.

Tipai ir tipai pagal poliškumą arba apvijų tipą

Žingsniniai varikliai naudoja bipolines ir unipolines apvijas. Veikimo principas buvo svarstomas remiantis bipoline mašina. Ši konstrukcija leidžia naudoti skirtingas fazes apvijoms maitinti. Grandinė yra labai sudėtinga ir reikalauja brangių ir galingų valdymo plokščių.

Paprastesnė valdymo schema vienpolėse mašinose. Esant tokiai schemai, apvijų pradžia yra prijungta prie bendro „pliuso“. Remiantis antromis apvijų išvadomis, pakaitomis tiekiamas „minusas“. Tai užtikrina rotoriaus sukimąsi.

Bipoliniai žingsniniai varikliai yra galingesni, jie turi 40% didesnį sukimo momentą nei vienpoliai. Vienpoliai elektros varikliai yra daug patogesni valdyti.

Variklio tipai pagal rotoriaus konstrukciją

Pagal rotoriaus konstrukcijos tipą žingsniniai varikliai yra suskirstyti į mašinas:

• su nuolatiniu magnetu;
• su kintančiu nenoru;
• hibridas.

SM su nuolatiniais magnetais ant rotoriaus yra suprojektuota taip pat, kaip aukščiau aptartuose pavyzdžiuose. Skirtumas tik tas, kad tikrose mašinose yra daug daugiau magnetų. Paprastai jie platinami bendrame diske. Šiuolaikinių variklių polių skaičius siekia 48. Vienas tokių elektrinių variklių žingsnis yra 7,5 °.

Kintamo reaktyvumo varikliai. Šių mašinų rotorius pagamintas iš minkštų magnetinių lydinių, jie taip pat vadinami „reaktyviu žingsniniu varikliu“. Rotorius surenkamas iš atskirų plokščių ir skyriuje atrodo kaip krumpliaratis. Ši konstrukcija yra būtina, kad magnetinis srautas būtų uždarytas per dantis. Pagrindinis šios konstrukcijos privalumas yra tai, kad nėra fiksavimo momento. Faktas yra tas, kad nuolatinio magneto rotorius traukia elektros variklio metalines dalis. Ir gana sunku pasukti veleną, jei nėra statoriaus įtampos. Žingsniniame variklyje su kintančiu nenoru tokios problemos nėra. Tačiau didelis trūkumas yra mažas sukimo momentas. Tokių mašinų žingsnis paprastai yra nuo 5 ° iki 15 °.

Hibridinis žingsninis variklis buvo sukurtas siekiant suderinti geriausias dviejų ankstesnių tipų charakteristikas. Šie varikliai turi mažą nuolydį nuo 0,9 iki 5 °, turi didelį sukimo momentą ir laikymo galią. Svarbiausias privalumas yra didelis prietaiso tikslumas. Tokie elektros varikliai naudojami moderniausioje didelio tikslumo įrangoje. Trūkumai apima tik jų didelę kainą. Struktūriškai šio prietaiso rotorius yra įmagnetintas cilindras, ant kurio yra minkšti magnetiniai dantys.

Pavyzdžiui, 200 žingsnių žingsninis variklis naudoja du dantytus diskus su 50 dantų. Diskai yra pasislinkę vienas kito atžvilgiu pusiau dantu, todėl teigiamo poliaus ertmė sutampa su neigiamo poliaus iškyša ir atvirkščiai. Dėl to rotorius turi 100 polių su atvirkštiniu poliškumu.

Tai reiškia, kad tiek pietinis, tiek šiaurinis poliai gali būti pasislinkę statoriaus atžvilgiu 50 skirtingų padėčių ir iš viso 100. Fazių poslinkis ketvirtadaliu suteikia dar 100 pozicijų, tai daroma dėl nuoseklaus sužadinimo.

Žingsninio variklio valdymas

Valdymas atliekamas šiais metodais:

1. Banga. Taikant šį metodą, įtampa veikiama tik vienoje ritėje, prie kurios traukia rotorius. Kadangi naudojama tik viena apvija, rotoriaus sukimo momentas yra mažas ir netinka didelės galios perdavimui.
2. Pilnas žingsnis. Šiame įgyvendinimo variante dvi apvijos sužadinamos vienu metu, taip užtikrinant maksimalų sukimo momentą.
3. Pusiau žingsnis. Sujungia pirmuosius du metodus. Šiame įgyvendinimo variante įtampa pirmiausia taikoma vienai iš apvijų, o po to - dviem. Tokiu būdu realizuojama daugiau žingsnių ir didžiausia laikymo jėga, stabdanti rotorių dideliu greičiu.
4. Mikroskopijos valdymas atliekamas taikant mikroskopinius impulsus. Šis metodas užtikrina sklandų rotoriaus sukimąsi ir sumažina trūkčiojimus darbo metu.

Žingsninių variklių pranašumai ir trūkumai

Šio tipo elektrinių mašinų pranašumai yra šie:

• didelis užvedimo, sustojimo, atbulinės eigos greitis;
• velenas sukamas pagal valdymo įtaiso nurodymą iš anksto nustatytu kampu;
• aiškus padėties fiksavimas po sustojimo;
• didelis padėties nustatymo tikslumas, be griežtų grįžtamojo ryšio reikalavimų;
• didelis patikimumas dėl kolektoriaus nebuvimo;
• išlaikant maksimalų sukimo momentą esant mažam greičiui.

Trūkumai:

• galimas padėties pažeidimas, kai veleno mechaninė apkrova yra didesnė nei leidžiama konkrečiam variklio modeliui;
• rezonanso tikimybė;
• sudėtinga valdymo schema;
• mažas sukimosi greitis, tačiau tai negali būti siejama su reikšmingais trūkumais, nes žingsniniai varikliai nėra naudojami tiesiog sukti kažką panašaus be šepetėlių, pavyzdžiui, bet padėties nustatymo mechanizmams.

Žingsninis variklis taip pat vadinamas „riboto skaičiaus rotoriaus padėties“ varikliu. Tai yra talpiausias ir tuo pat metu glaustas tokių elektrinių mašinų apibrėžimas. Jie aktyviai naudojami CNC mašinose, 3D spausdintuvuose ir robotuose. Pagrindinis žingsninio variklio konkurentas yra servo, tačiau kiekvienas iš jų turi savų privalumų ir trūkumų, dėl kurių kiekvienu atveju tinka naudoti vieną ar kitą.

Susijusios medžiagos:

• Kokie yra elektros variklių tipai ir kuo jie skiriasi
• Kas yra žingsnio įtampa ir kokia ji pavojinga?
• Kas yra sinchroninis variklis ir kur jis naudojamas